水环式真空泵作为火电机组重要辅机设备，在机组启动及运行过程中将凝汽器中的不凝结气体及时抽出，可以使凝汽器建立和维持高度真空，因此真空泵运行的可靠性直接影响机组的安全经济运行。然而，受工作水温的影响，单级水环式真空泵汽蚀现象较为常见，在国内许多电厂均有发生，如国华准格尔电厂、呼和浩特金桥热电厂、吉林双辽电厂、江苏徐塘电厂、云南宣威电厂、井冈山电厂等均发生过水环式真空泵（以下简称真空泵）叶轮汽蚀致叶片断裂的事故^[1]。为了防止真空泵叶轮汽蚀及叶片断裂事故的发生，保证真空泵的安全稳定运行，需对真空泵进行系统及性能改进。本文以内蒙古京能康巴什热电有限公司2×350 MW机组为例，对真空泵改造过程进行分析，为同类型真空泵改造提供参考。

内蒙古京能康巴什热电有限公司350 MW机组采用超临界间接空冷抽汽凝汽式汽轮机。为了有效降低厂用电率，给水泵、引风机均采用汽轮机驱动，每台机组主汽轮机（以下简称主机）、给水泵汽轮机、引风机汽轮机（以下简称小机）分别配置2台100%容量的水环式真空泵，机组正常运行时均为1运1备。主机和小机真空泵型号分别为2BE1353-0型和2BE1253-0型。

自机组投产以来，真空泵运行性能良好，但是当真空泵在高真空状态下运行时极易引起入口管道及其他附属设备的高频振动，从而导致真空泵入口气动阀误动及温度表、压力表频繁损坏；同时在高真空状态下，真空泵运行噪声明显增大。2015年全厂主机及小机真空泵在运行过程中发生2次叶片断裂事故。对真空泵转子进行检查，发现叶片根部金属表面存在局部汽蚀现象，叶片及加强筋等部位存在不同程度的裂纹，如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 真空泵叶片上出现的汽蚀蜂窝及裂纹

由于真空泵叶轮长期在高真空状态下运行，因而易造成叶片汽蚀；在真空泵叶片汽蚀部位有较大的残余应力，应力释放产生裂纹；同时在高真空下，叶片负荷急剧增大，高真空所形成的巨大拉应力频繁交替作用在叶片上，容易导致叶片疲劳断裂^[2]。

汽蚀的发生不仅影响转子的安全状况及使用寿命，同时在运行过程中会引起汽蚀噪声及泵体振动，导致真空泵附属设备如温度表、真空表、压力开关、入口气动阀的反馈装置出现故障，严重影响了真空泵组和汽轮发电机组的安全运行。

真空泵加装大气喷射器是以大气作为工作气体，从真空泵的排气侧（汽水分离箱）引入工作气流，通过缩放喷嘴加速形成高速气流，并在喉部形成较大负压，带动吸入的气体从吸气支管进入真空泵内，从而提高真空泵内的吸入压力，减轻真空泵的汽蚀，达到稳定运行的目的。一般来说，加装喷射器可以将凝汽器真空泵内压力由1.0~8.0 kPa提升至9.0~15 kPa，从而缓解汽蚀，降低噪声^[3]。

大气喷射器由喷嘴、吸入室、扩压器等部分组成。工作介质采用汽水分离器中的空气，其进气口分别与汽水分离器、凝汽器相连，排气口与水环泵进气口相连^[4]。图 2为大气喷射器结构示意图。

图 2(Figure 2)

图 2 大气喷射器结构示意图

大气喷射器工作流程如图 3所示。

图 3(Figure 3)

图 3 真空泵加装大气喷射器工作流程图

（1）在真空泵入口止回阀后加装气动蝶阀1；

（2）入口止回阀和气动蝶阀1之间短管顶部开孔，与喷射器吸气室吸气端连接；

（3）在真空泵进气三通管靠分离器侧顶部开孔，与喷射器扩压端法兰连接；

（4）在汽水分离器排气侧顶部开孔，与喷射器喷嘴吸入支管连接；

（5）在喷射器喷嘴吸入支管段上加装气动蝶阀2。

（1）铺设、连接新增气动蝶阀1、气动蝶阀2的汽源管、控制电缆及反馈电缆。

（2）新增1台压力变送器，用于控制气动蝶阀1、气动蝶阀2的开启与关闭，从而控制大气喷射器的投入和退出。压力P₁取自气动蝶阀1前，信号电缆由DCS电子间敷设至变送器处，并与接线端子连接。

（3）对真空泵大气喷射器的控制逻辑进行组态，如图 4、图 5所示。

图 4(Figure 4)

图 4 真空泵加装大气喷射器气动蝶阀1控制逻辑

图 5(Figure 5)

图 5 真空泵加装大气喷射器气动蝶阀2控制逻辑

（4）逻辑组态完成后，对新增大气喷射器控制逻辑进行传动及验证，使其达到以下控制要求。

① 真空泵运行时，当压力变送器测得入口压力P₁小于10 kPa（具体设定值可根据现场实际情况定。如喷射器启动后，系统真空有短时间的下降，则要求设定值小于10 kPa）时，气动蝶阀1关闭，同时气动蝶阀2开启，大气喷射器即投入运行。

② 真空泵运行时，当压力变送器测得入口压力P₁大于14 kPa时，气动蝶阀2关闭，同时气动蝶阀1开启，大气喷射器退出运行。

真空泵改造前后凝汽器真空对比数据见表 1－表 6，从表中数据可以看出，改造后1号机组给水泵小机1号真空泵和1号机组引风机小机1号真空泵凝汽器真空有所提高，其他则无明显变化。

表 1(Table 1)

表 1 1号机组1号主机真空泵改造前后对比

表 1 1号机组1号主机真空泵改造前后对比

表 2(Table 2)

表 2 1号机组2号主机真空泵改造前后对比

表 2 1号机组2号主机真空泵改造前后对比

表 3(Table 3)

表 3 1号机组给水泵小机1号真空泵改造前后对比

表 3 1号机组给水泵小机1号真空泵改造前后对比

表 4(Table 4)

表 4 1号机组给水泵小机2号真空泵改造前后对比

表 4 1号机组给水泵小机2号真空泵改造前后对比

表 5(Table 5)

表 5 1号机组引风机小机1号真空泵改造前后对比

表 5 1号机组引风机小机1号真空泵改造前后对比

表 6(Table 6)

表 6 1号机组引风机小机2号真空泵改造前后对比

表 6 1号机组引风机小机2号真空泵改造前后对比

真空泵在高真空下运行会产生很大的汽蚀噪声，加装大气喷射器后消除了真空泵内部汽蚀，有效降低了噪声水平。改造前后真空泵噪声水平对比数据如表 7－表 9所示。

表 7(Table 7)

表 7 主机真空泵1 m处噪声水平

表 7 主机真空泵1 m处噪声水平

表 8(Table 8)

表 8 给水泵小机真空泵1 m处噪声水平

表 8 给水泵小机真空泵1 m处噪声水平

表 9(Table 9)

表 9 引风机小机真空泵1 m处噪声水平

表 9 引风机小机真空泵1 m处噪声水平

改造后，在大气喷射器投入运行的情况下，真空泵泵体及各管路、附件振动情况有明显改善，温度表、压力表未再出现损坏现象。

从改造后真空泵运行噪声水平和真空泵泵体及附属管道振动的改善情况可以看出，真空泵内部汽蚀现象得到消除，真空泵转子的运行环境得以改善。通过近1 a的运行检验，大气喷射器性能良好，真空泵再未发生叶片断裂事故。

（1）真空泵加装大气喷射器是在保证真空泵入口管道真空不变的情况下，将真空泵内工作压力由1.0~8.0 kPa提升至9.0~15 kPa，从而消除泵体汽蚀，降低噪声。真空泵内部工作压力的升高必然引起真空泵运行电流的增大，对比改造前后真空泵运行电流情况，主机真空泵运行电流较改造前提高20~30 A，小机真空泵运行电流较改造前提高10 A。

（2）一般情况下，真空泵叶片发生断裂会在短时间内引起其他叶片发生断裂或严重变形，导致叶轮无法修复，甚至造成分配器和筒体损坏。通过加装大气喷射器，可有效改善真空泵叶轮工作环境，避免叶轮汽蚀现象的发生，保证了叶轮的使用寿命；同时，叶片承受应力减小，可有效避免叶片断裂事故的发生，降低备件采购费用。

（3）出于机组安全运行考虑，改造前由于真空泵存在叶轮汽蚀和叶片断裂损坏的重大安全隐患，每年机组检修需对每台真空泵进行解体检查、检修。通过改造，延长了真空泵检查、检修周期，大大降低了维修成本。

为了克服真空泵性能缺陷，内蒙古京能康巴什热电有限公司在真空泵进气口前增设前置大气喷射器，形成一套技术性能更加完备的抽气系统，扩展了真空泵的压力范围，在优化机组凝汽器与抽气系统匹配性能的同时，消除了真空泵汽蚀隐患，有效遏制了真空泵叶片断裂事故的发生，保证了主机和小机的安全、稳定运行。